Блок литиевых батарей DIY 4S с BMS: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Я просмотрел и прочитал не одно учебное пособие или практическое руководство по ионно-литиевым батареям и аккумуляторным блокам, но на самом деле я не видел ни одного, которое давало бы вам много подробностей. Как новичок, у меня были проблемы с поиском хороших ответов, поэтому во многом это было методом проб и ошибок (и искр).

Когда я решил собрать аккумулятор из 18650 литий-ионных элементов для проекта, я разобрал свою старую батарею для ноутбука, достал батареи, спаял их вместе металлическими полосками в аккумуляторную батарею. Однако с первой попытки я понял, что это было не так просто. Литий-ионные батареи не похожи на никель-металлогидридные, свинцово-кислотные или никель-кадмиевые батареи. Они чувствительны к переразряду, перезарядке и коротким замыканиям и требуют особого ухода, чтобы не допустить их перегрева, плавления или взрыва.

Зачем их использовать? Они действительно хороши для проектов, потому что имеют более высокое напряжение, чем другие химические элементы, и содержат много энергии, а это означает, что вы можете использовать их меньше, чем если бы вы использовали никель-металлогидридные или никель-кадмиевые элементы (всего 1,2 вольт). По этой причине аккумуляторные батареи для электроинструментов и электромобилей изготавливаются из литий-ионных элементов. Они бывают всех форм, размеров и вместимости. Высококачественные элементы могут выдерживать высокие скорости разряда более 20 ампер и хорошо работать в конфигурациях с несколькими ячейками. Вы также можете получить их дешево или бесплатно, если осмотритесь, потому что почти в каждом ноутбуке есть литий-ионный аккумулятор, который люди иногда выбрасывают, потому что он «мертвый», но в нем может остаться много жизни.

Я собираю батарею 4S2P, в которой 4 ячейки последовательно и 2 параллельно на 8 ячеек. Это даст вам полное напряжение заряда 16,8 вольт, номинальное 14,8 вольт и номинальное значение в разряженном состоянии 12 вольт, а также удвоит емкость последовательных элементов. Он также имеет систему управления батареями, которая необходима для защиты ячеек и обеспечения их правильной работы. Я смог закончить этот проект примерно за 20 долларов США. Плюс я сделал это!

Итак, приступим! Ссылки на использованные мною материалы будут включены.

Шаг 1. Материалы, инструменты и безопасность

Литий-ионные элементы довольно безвредны, но вам нужно принять некоторые меры предосторожности. Избегайте закорачивания их и будьте осторожны с паяльником и инструментами.

Для инструментов вам понадобится паяльник мощностью не менее 30 Вт, цифровой мультиметр, нож или устройства для зачистки проводов, бокорезы или резаки заподлицо.

Затем припой хорошего качества вроде этого: https://www.ebay.com/itm/Kester-44-Rosin-Core-Sold… Это одно из лучших, что вы можете получить для электроники.

Другие необходимые предметы - это, конечно же, литий-ионные аккумуляторы 18650, либо старый ноутбук, либо что-то вроде этого:

Полоски из чистого никеля, подобные этим:

Система / плата управления батареями:

Разъемы балансировки 4S:

Т-образные разъемы Deans (или разъемы XT60):

Балансировочное зарядное устройство для зарядки аккумуляторной батареи:

Другие разные предметы включали провод 18 калибра (диаметр 1,02 мм), калибр от 26 (диаметр 0,40 мм) до 24 калибра (0,51 мм), малярную ленту и / или изоленту, или термоусадочную пленку.

Шаг 2: Батарейки

Во-первых, вам понадобятся литий-ионные батареи размером 18650. Поскольку я делаю это дешево, я поискал старые аккумуляторы для ноутбуков и нашел 9-элементную батарею Dell в комиссионном магазине менее чем за 3 доллара. Этот пакет состоял из нескольких качественных красных ячеек марки Sanyo. Я проверил данные, и они имеют стандартную емкость 2200 мАч и рассчитаны на ток разряда 4 А. Неплохо. Да, они были почти мертвыми (ниже 2 вольт на каждую ячейку), но я смог их оживить. Я делаю еще одну инструкцию, которая расскажет вам, как это сделать. Вы можете купить новые ячейки на eBay или Amazon, но они могут быть дорогими для хороших брендов. Держитесь подальше от тех, которые рекламируют емкость 5000 или 9800 мАч. Вероятно, это элементы известных брендов, которые не прошли заводские испытания на контроль качества и могут иметь емкость 1000 или даже 900 мАч. Они проходят ребрендинг и перепродаются со скидкой. Если вы использовали старую батарею ноутбука, вам нужно снять старые разъемы с клемм. Для этого используйте боковые кусачки.

Шаг 3: Подключение ячеек

Далее вам понадобится способ склеить клетки вместе. Вы можете использовать стальные вкладыши для припоя или полоски из никеля. Я использую полоски из чистого никеля, а не из никелированной стали, потому что при высоких потребляемом токе сталь имеет более высокое сопротивление, чем никель, что может вызвать перегрев. Я припаиваю их к элементам. Это не рекомендуемый способ, потому что если вы держите паяльник на ячейке слишком долго, он повредит ячейку и приведет к потере емкости. Лучше всего использовать специальный аппарат для точечной сварки, подобный этому:

Однако, если вы не сделаете много аккумуляторных блоков и не можете оправдать затраты на 200 долларов или больше, пайка подойдет. Просто будь осторожен.

Для паяльника рекомендую паяльник минимум на 30 ватт и хороший припой. Хороший припой имеет решающее значение. Не используйте для этого бессвинцовый припой, потому что он имеет более высокую температуру плавления. Кроме того, более слабый паяльник не нагреется настолько, чтобы правильно прикрепить элементы к никелевым полоскам.

Чтобы построить аккумуляторную батарею, мы берем 4 ячейки последовательно и добавляем параллельную ячейку, поэтому у нас в два раза больше напряжения и емкости на ячейку. См. Схему выше, чтобы узнать, как подключить ячейки. Единственным ограничивающим фактором является то, что все ячейки должны быть идентичными. Даже с BMS неравные емкости могут привести к тому, что одна ячейка будет заряжаться и разряжаться неравномерно, и это может привести к более быстрому выходу из строя этой ячейки и других. Вот почему хорошо использовать аккумуляторы для ноутбуков, ведь они всегда использовались вместе.

Чтобы припаять ячейки, зачистите положительные и отрицательные клеммы ячеек и нанесите небольшое количество припоя. Затем расположите ячейки в правильном порядке для последовательного / параллельного подключения, как показано на схемах. Для этого я склеил элементы изолентой, но вы также можете использовать проставки для батареек.

Отрежьте полоски никеля до нужной длины, чтобы соединить ячейки вместе. Я использовал для этого несколько боковых резаков, но ножницы для жести или резаки для листового металла тоже подойдут. Нанесите припой на каждый конец полоски и припаяйте полоску к клеммам аккумулятора. Не держите паяльник слишком долго, ровно столько, чтобы припой расплавился. Я склеил ячейки вместе перед пайкой последних соединений, чтобы они были правильно выровнены.

Шаг 4: Подключение платы BMS и весов

Чтобы максимально эффективно использовать аккумулятор и предотвратить его преждевременный выход из строя, необходимо добавить способ, обеспечивающий их защиту и правильную зарядку. Литий-ионные или полимерные элементы должны быть защищены от чрезмерной или недостаточной разрядки, что может быть очень плохо. Это осуществляется системой / платой управления батареями или BMS. Это устройство, которое объединяет в себе защиту батарей для многоэлементных батарей, как мы строим. Это называется системой управления батареями или сокращенно BMS. Это устройство, которое защищает элементы от чрезмерной и недостаточной разрядки, скачков тока и коротких замыканий. Существует множество плат BMS различных типов и конфигураций для различных устройств и приложений. Я использую плату 4S BMS, рассчитанную на рабочий ток 10 А, что подходит для моего приложения (светодиодный фонарик мощностью 100 Вт).

Подключить легко. После того, как наша батарея спаяна, нам нужно измерить напряжения на последовательных ячейках с помощью мультиметра. У вас должно быть 14,8 В для плюса аккумулятора, 3,7 В, 7,4 В и 11,1 В. Есть 5 соединений для балансировочного штекера 4S: одно для положительного аккумулятора или элемента № 4, одно для отрицательного, элемента № 1, элемента № 2 и элемента № 3. Измерьте их, поместив отрицательный щуп на отрицательную сторону блока и измерив поперек соединений. Как только они все совпадут, вы можете припаять балансировочные провода от каждого соединения к правильным контактным площадкам BMS.

Я использовал провод 26 калибра (диаметр 0,40 мм) для балансировочных соединений и провод 18 калибра (диаметр 1,02 мм) для батарей +/- и нагрузочных выходов, поскольку они будут выдерживать ток почти 10 ампер. Вы можете использовать провод меньшего размера для балансных соединений, поскольку они практически не обрабатывают ток, а только соответствующее напряжение от соединений. Но для этого я бы не стал опускаться ниже 26 калибра. После того, как вы подключили блок, вы можете подключить выводы балансировочного штекера к соответствующим выходам батареи.

Шаг 5: зарядка баланса

Теперь, когда все подключено, мы можем подключить аккумулятор к зарядному устройству и убедиться, что он заряжается. Таким образом вы узнаете, что ваши подключения неправильные, потому что ваше зарядное устройство не будет заряжаться и предупредит вас о неправильном подключении напряжения.

Для начала нам понадобится балансировочное зарядное устройство для литиевых аккумуляторов. Никакое другое зарядное устройство для этого не подойдет, потому что для этого нужен режим баланса! Я использую китайский клон SkyRC iMax B6. Нет, это не настоящая сделка, но я обнаружил, что копия работает нормально. Подключите положительный и отрицательный выводы аккумулятора к зарядному устройству. В моем зарядном устройстве есть банановые вилки с Т-образным разъемом Deans, который подключается к различным разъемам. Вы можете использовать зажимы из крокодиловой кожи или провод в вилке зарядного устройства, например, Deans или XT60. Я использую разъем Deans и подключил его к выходам на плате баланса. Убедитесь, что это то место, куда вы подключаете зарядное устройство, потому что для активации BMS требуется сигнал 12,6 В. Если вы собираетесь использовать съемный аккумулятор, подключите выход к любому разъему, который будет использовать ваше устройство. Я подключаю свой с помощью лопаточных разъемов и вилки Deans, потому что она будет в основном постоянно подключена к моему проекту.

Ваше зарядное устройство может быть другим, но именно так оно работает практически с каждым клоном зарядного устройства SkyRC iMax B6. Вставьте балансировочный провод в гнездо 4S на зарядном устройстве. Он проходит только в одном направлении и имеет маркировку для положительной и отрицательной сторон батареи. Подсоедините провод зарядного устройства и установите режим зарядки «Баланс». Убедитесь, что зарядное устройство также установлено в режим «4S». Поскольку это аккумулятор емкостью 4400 мАч, мне нравится устанавливать ток заряда на 1/2 или меньше максимального номинального тока, то есть от 2 до 2,2 ампер. Я использую 1.5, потому что это тест. Эти батареи почти полностью заряжены, поэтому напряжение велико. Когда он работает, вы должны увидеть, что ячейки 4 серии заряжаются одинаково, в пределах от 0,1 до 0,2 вольт друг от друга. По окончании зарядки все элементы должны быть под одинаковым напряжением, составляющим 4,2 В. Напряжение полной зарядки аккумулятора должно составлять 16,8 вольт. При номинальном напряжении оно составляет 14,8 В (3,7 В на элемент). Если вы заряжаете его в первый раз, начните с настройки низкого тока для первой зарядки, а затем увеличивайте ее при повторной зарядке.

Шаг 6: Заключение

Вот и все! Вы сделали функциональную и надежную литий-ионную батарею, аналогичную LiPo-батарее 4S 5000 мАч, за небольшую часть стоимости! Да, вам нужно зарядное устройство, но если у вас есть старый аккумулятор ноутбука, какой-то провод, вилка для зарядки и паяные вкладки, то все, что вам нужно, это BMS, чтобы начать работу, которая стоит около 10 долларов США или меньше, если вы покупаете ее в Китай. Это обошлось мне примерно в 24 доллара. Было бы еще дешевле, если бы я получил все это из Китая, но я не хотел ждать месяц, пока запчасти дойдут сюда! У меня уже было зарядное устройство, паяльник, мультиметр, припой, инструменты и провода, поэтому все, что мне нужно было купить, это:

Аккумулятор для ноутбука

Доска BMS

Балансировочные пробки

Полоски никеля

Это было дешевле, чем покупка LiPo-пакета, и было более практичным, потому что мне нужно было что-то, подходящее для моего проекта. Кроме того, это весело, и я многому научился на этом!

Я надеюсь, что вам нравится это руководство, и, что более всего, я надеюсь, что вы знаете больше, чем вы знали до его прочтения. Это моя первая попытка, поэтому, пожалуйста, прокомментируйте и дайте мне знать, как я справился, или что может быть лучше в будущем! Спасибо за прочтение!